專利名稱:具有吸力側(cè)小翼的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本主題大體涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片,并且更具體而言,涉及具有吸力側(cè)小翼的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。
背景技術(shù):
風(fēng)能被看作是目前可獲得的最清潔的、最環(huán)境友好的能源之一,并且在這點(diǎn)上風(fēng)力渦輪機(jī)已經(jīng)獲得更多的關(guān)注?,F(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)典型地包括塔架、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、機(jī)艙和一個或多個轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片使用已知的翼型原理來從風(fēng)中捕獲動能,并且通過旋轉(zhuǎn)能來傳遞此動能,以使將轉(zhuǎn)子葉片聯(lián)接到齒輪箱上(或如果沒有使用齒輪箱的話,則直接聯(lián)接到發(fā)電機(jī)上)的軸旋轉(zhuǎn)。然后發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成可被部署到公用電網(wǎng)的電能。為了確保風(fēng)能保持為可行的能源,已經(jīng)作出努力來通過修改風(fēng)力渦輪機(jī)的大小、 構(gòu)造和容量來增加能量輸出。一種這樣的修改是在各個風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的葉尖處包括翼尖裝置,例如小翼。一般而言,可采用小翼來提高風(fēng)力渦輪機(jī)的整體效率和性能。例如, 小翼可減少在轉(zhuǎn)子葉片的葉尖處產(chǎn)生的翼展方向的流的量,并且因此減小在轉(zhuǎn)子葉片上的阻力。還可將小翼安裝在轉(zhuǎn)子葉片上,以減小風(fēng)力渦輪機(jī)的總直徑,以及降低葉片發(fā)出的噪音。另外,小翼還可提供風(fēng)力渦輪機(jī)的功率系數(shù)的增大,并且因而降低風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的能量的成本。雖然可通過遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)塔架而延伸的小翼(即壓力側(cè)小翼)和朝向塔架而延伸的小翼(即吸力側(cè)小翼)兩者來對風(fēng)力渦輪機(jī)提供上面描述的各種性能優(yōu)點(diǎn),但是一般理解,最大的性能優(yōu)點(diǎn)可由吸力側(cè)小翼提供。但是,對于具有在塔架的上風(fēng)的轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機(jī)而言,吸力側(cè)小翼可為非常成問題的。具體而言,將吸力側(cè)小翼安裝在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片上會減小在轉(zhuǎn)子葉片的葉尖和塔架之間的距離。塔架間隙的這種減小可顯著地增加轉(zhuǎn)子葉片中的一個或多個撞擊塔架的風(fēng)險。當(dāng)發(fā)生塔架撞擊時,可顯著地?fù)p害轉(zhuǎn)子葉片和塔架,并且在一些情況下,塔架撞擊甚至可擊倒整個風(fēng)力渦輪機(jī)。因而,塔架撞擊是非常昂貴的,并且需要相當(dāng)長的停機(jī)時間來維修或更換受損構(gòu)件。因此,存在對可允許有吸力側(cè)小翼而不增加轉(zhuǎn)子葉片撞擊塔架的可能性的轉(zhuǎn)子葉片的需要。
發(fā)明內(nèi)容
將在以下描述中部分地闡述本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn),或根據(jù)描述,這些方面和優(yōu)點(diǎn)可為顯而易見的,或可通過實(shí)踐本發(fā)明來學(xué)習(xí)這些方面和優(yōu)點(diǎn)。在一方面,本主題公開了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片。該轉(zhuǎn)子葉片包括葉根部分、葉尖和在葉根部分和葉尖之間延伸的主體。主體包括壓力側(cè)和吸力側(cè)。另外,小翼可由主體限定。小翼可在轉(zhuǎn)子葉片的葉尖處終止,并且在朝主體的吸力側(cè)的方向上向內(nèi)延伸。 另外,彎曲部可限定在主體中,使得主體的一部分在朝主體的壓力側(cè)的方向上向外延伸。在另一方面,本主題公開了一種風(fēng)力渦輪機(jī)。該風(fēng)力渦輪機(jī)可包括塔架和安裝在塔架的頂上的機(jī)艙。轉(zhuǎn)子可聯(lián)接到機(jī)艙上,并且可包括轂。風(fēng)力渦輪機(jī)還可包括從轂延伸的至少一個轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片可限定在朝塔架的方向上向內(nèi)延伸的吸力側(cè)小翼。另外, 彎曲部可限定在轉(zhuǎn)子葉片中,使得轉(zhuǎn)子葉片的一部分沿遠(yuǎn)離塔架的方向向外延伸。參照以下描述和所附權(quán)利要求,本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。結(jié)合在本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例,并且附圖與描述一起用來闡述本發(fā)明的原理。
參照附圖,在說明書中闡述了本發(fā)明的針對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員作出的完整和能夠?qū)崿F(xiàn)的公開,包括其最佳模式,其中
圖1示出了傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的透視圖2示出了根據(jù)本主題的各方面的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的一個實(shí)施例的側(cè)視圖; 圖3示出了根據(jù)本主題的各方面的、在圖2中示出的轉(zhuǎn)子葉片的放大局部視圖; 圖4示出了根據(jù)本主題的各方面的用于風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的另一個實(shí)施例的側(cè)視圖;以及,
圖5示出了根據(jù)本主題的各方面的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的又一個實(shí)施例的側(cè)視圖,具體而言示出了處于非偏轉(zhuǎn)/未加載位置中和處于偏轉(zhuǎn)/加載位置中的轉(zhuǎn)子葉片,并且比較了這樣的位置與傳統(tǒng)的直轉(zhuǎn)子葉片的位置。部件列表
10風(fēng)力渦輪機(jī)12塔架14支承件16機(jī)艙18轉(zhuǎn)子20轂22傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片24葉根部分26負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)域28風(fēng)向30旋轉(zhuǎn)軸線34變槳軸線36控制器38塔架中心線40轉(zhuǎn)子葉片42葉尖44主體46壓力側(cè)48吸力側(cè)50葉片長度52 54 56 58 60 62 64 66 68 80 8具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將對本發(fā)明的實(shí)施例作出詳細(xì)參照,在附圖中示出了這些實(shí)施例的一個或多個實(shí)例。各個實(shí)例是以闡述本發(fā)明而非限制本發(fā)明的方式提供的。實(shí)際上,對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將為顯而易見的是,可在本發(fā)明中作出各種修改和改變,而不脫離本發(fā)明的范圍或精神。例如,作為一個實(shí)施例的一部分而示出或描述的特征可用于另一個實(shí)施例,以產(chǎn)生另外的另一個實(shí)施例。因而,意圖的是本發(fā)明覆蓋落在所附權(quán)利要求及其等效物的范圍內(nèi)的這種修改和變型。圖1示出了傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)10的透視圖。如所顯示的那樣,風(fēng)力渦輪機(jī)10包括從支承表面14延伸的塔架12、安裝在塔架12上的機(jī)艙16,以及聯(lián)接到機(jī)艙16上的轉(zhuǎn)子 18。轉(zhuǎn)子18包括可旋轉(zhuǎn)的轂20,以及聯(lián)接到轂20上且從轂20向外延伸的至少一個轉(zhuǎn)子葉片22。如所顯示的那樣,轉(zhuǎn)子18包括三個轉(zhuǎn)子葉片22。但是,在一個備選實(shí)施例中,轉(zhuǎn)子 18可包括超過或少于三個轉(zhuǎn)子葉片22。另外,在示出的實(shí)施例中,塔架12由管狀鋼制成, 以在支承表面14和機(jī)艙16之間限定腔體(未示出)。在一個備選實(shí)施例中,塔架12可為具有任何適當(dāng)?shù)母叨鹊娜魏芜m當(dāng)類型的塔架。轉(zhuǎn)子葉片22大體可繞著轂20間隔開,以有利于使轉(zhuǎn)子18旋轉(zhuǎn),以使得動能能夠從風(fēng)中轉(zhuǎn)變成可用的機(jī)械能,并且隨后轉(zhuǎn)變成電能。具體而言,轂20可以可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到定位在機(jī)艙16內(nèi)的發(fā)電機(jī)(未示出)上,以容許產(chǎn)生電能。另外,可通過在多個負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)域沈處將葉根部分24聯(lián)接轂20上,來將轉(zhuǎn)子葉片22匹配到轂20上。因而,對轉(zhuǎn)子葉片22引起的任何負(fù)荷都通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移區(qū)域沈轉(zhuǎn)移到轂20上。如在示出的實(shí)施例中顯示的那樣,風(fēng)力渦輪機(jī)10還可包括集中在機(jī)艙16內(nèi)的渦輪機(jī)控制系統(tǒng)或渦輪機(jī)控制器36。但是應(yīng)當(dāng)理解,渦輪機(jī)控制器36可設(shè)置在風(fēng)力渦輪機(jī) 10上或中的任何位置處、在支承表面14上的任何位置處或大體在任何其它位置處??刂破?6可構(gòu)造成以便控制風(fēng)力渦輪機(jī)10的各種運(yùn)行模式(例如啟動或停機(jī)順序)。另外, 控制器36可構(gòu)造成以便控制轉(zhuǎn)子葉片22中的各個的槳距角或葉片槳距(即,確定轉(zhuǎn)子葉片22的相對于風(fēng)向觀的投影的角),以通過調(diào)節(jié)至少一個轉(zhuǎn)子葉片22的相對于風(fēng)的角位置來控制風(fēng)力渦輪機(jī)10產(chǎn)生的負(fù)荷和功率。例如,控制器36可通過控制槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)32 來或者單獨(dú)地或者同時控制轉(zhuǎn)子葉片22的葉片槳距。顯示了轉(zhuǎn)子葉片22的變槳軸線34。
小翼
塔架間隙閾值成角度部分第一彎曲部第二彎曲部彎曲角小翼高度偏轉(zhuǎn)位置傾角
傳統(tǒng)的葉尖傳統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)位置。另外,當(dāng)風(fēng)向觀改變時,控制器36可構(gòu)造成以便控制機(jī)艙16的繞著塔架12的偏航軸線或中心線38的偏航方向,以相對于風(fēng)向觀定位轉(zhuǎn)子葉片22。例如,控制器36可控制機(jī)艙16 的偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu)(未示出),以便使機(jī)艙16繞著塔架中心線38旋轉(zhuǎn)。在風(fēng)力渦輪機(jī)10的運(yùn)行期間,風(fēng)會從方向觀撞擊轉(zhuǎn)子葉片22,這使轉(zhuǎn)子18繞著旋轉(zhuǎn)軸線30旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片22旋轉(zhuǎn)且經(jīng)受離心力時,轉(zhuǎn)子葉片22還會經(jīng)受各種力和彎曲力矩。因而,轉(zhuǎn)子葉片22可從中性或非偏轉(zhuǎn)位置偏轉(zhuǎn)到偏轉(zhuǎn)或加載位置,從而減小在葉片22和塔架12之間的塔架間隙。為了監(jiān)測葉片22的位置和降低塔架撞擊的可能性,可建立預(yù)定的塔架間隙閾值M(圖幻。因而,如果葉片22中的一個或多個偏轉(zhuǎn)超過此塔架間隙閾值54,則可采取矯正動作(例如調(diào)節(jié)葉片22的槳距或改變機(jī)艙16的傾角68 (圖5)), 以增加在塔架12和葉片(一個或多個)22之間的空間。如本文中所用,用語“塔架間隙閾值”大體對應(yīng)于距塔架12的這樣的最小距離即在風(fēng)力渦輪機(jī)10的運(yùn)行期間,為了降低塔架撞擊的可能性,轉(zhuǎn)子葉片22保持在該最小距離處。因而,應(yīng)當(dāng)理解,塔架間隙閾值M可取決于例如轉(zhuǎn)子葉片的長度、轉(zhuǎn)子葉片的撓度/剛度和/或風(fēng)力渦輪機(jī)的預(yù)期運(yùn)行狀況而在風(fēng)力渦輪機(jī)之間有所不同?,F(xiàn)在參照圖2,示出了風(fēng)力渦輪機(jī)10的轉(zhuǎn)子葉片40的一個實(shí)施例的側(cè)視圖。如所顯示的那樣,轉(zhuǎn)子葉片40包括用于將葉片40安裝到轉(zhuǎn)子18(圖1)的轂20上的葉根部分M。轉(zhuǎn)子葉片40還包括設(shè)置在葉片40的與葉根部分M相對的一端處的葉尖42。轉(zhuǎn)子葉片40的主體44大體在葉根部分M和葉尖42之間延伸,并且限定轉(zhuǎn)子葉片40的壓力側(cè) 46和吸力側(cè)48。另外,主體44大體可限定基本空氣動力學(xué)的輪廓,以使得葉片40能夠使用已知的翼型原理來從風(fēng)中捕獲動能。圖2還示出了轉(zhuǎn)子葉片40的葉片長度50。大體上,葉片長度50可沿縱向方向 (即,平行于塔架12的中心線38的方向)限定在葉根部分M與轂20的接合部和在葉片 40上的距葉片40的旋轉(zhuǎn)軸線30最遠(yuǎn)的點(diǎn)之間。因而,轉(zhuǎn)子葉片40和轂M的接合部可限定0%的葉片長度,而葉片40的最外面的點(diǎn)可限定100%的葉片長度。應(yīng)當(dāng)理解,轉(zhuǎn)子葉片 40大體可具有任何適當(dāng)?shù)娜~片長度50。例如,在一個實(shí)施例中,轉(zhuǎn)子葉片40可具有約15 米至約91米的范圍一例如約20米至約85米或約40米至約55米(的范圍)以及在它們之間的所有其它子范圍一中的長度。但是,其它非限制性實(shí)例可包括小于15米的葉片長度或大于91米的長度。仍然參照圖2,轉(zhuǎn)子葉片40的主體44還可限定在葉片40的葉尖42處終止的吸力側(cè)小翼52。如上面所指出的那樣,吸力側(cè)小翼可對風(fēng)力渦輪機(jī)10提供許多性能優(yōu)點(diǎn),包括但不限于減小阻力、降低噪聲和減小風(fēng)力渦輪機(jī)直徑,以及增大功率系數(shù)。大體上,吸力側(cè)小翼52可在朝葉片40的吸力側(cè)48的方向(即,沿朝向風(fēng)力渦輪機(jī)10的塔架12的方向) 上向內(nèi)延伸。在一個實(shí)施例中,小翼52可定向成使得其朝向塔架12基本垂直于塔架12的中心線38而延伸。但是,在備選實(shí)施例中,小翼52可相對于中心線38或相對于轉(zhuǎn)子葉片 40的吸力側(cè)48以任何適當(dāng)?shù)慕嵌ㄏ颉A硗?,小?2的特定大小和形狀大體可不同,這取決于例如轉(zhuǎn)子葉片的大小和形狀、風(fēng)力渦輪機(jī)的預(yù)期運(yùn)行狀況和風(fēng)力渦輪機(jī)的期望性能。因而應(yīng)當(dāng)理解,本主題的吸力側(cè)小翼大體可構(gòu)造成在本領(lǐng)域中已知的用于改進(jìn)翼型形狀的主體的空氣動力學(xué)效率和其它與性能相關(guān)的參數(shù)的任何小翼或其它翼尖裝置。另外,如在圖2中所示,轉(zhuǎn)子葉片40大體可構(gòu)造成使得轉(zhuǎn)子葉片40的葉尖42至少保持在風(fēng)力渦輪機(jī)10的預(yù)定的塔架間隙閾值M處。具體而言,轉(zhuǎn)子葉片40可包括遠(yuǎn)離塔架12而延伸的成角度部分56。因而,轉(zhuǎn)子葉片40可構(gòu)造成包括向內(nèi)延伸的吸力側(cè)小翼 52,而在葉片40和塔架12之間的距離不會減小。例如,在圖5中示出了與本主題的轉(zhuǎn)子葉片40相關(guān)的傳統(tǒng)的直轉(zhuǎn)子葉片22。如所顯示的那樣,本文中描述的轉(zhuǎn)子葉片40的構(gòu)造可容許葉片40的葉尖42與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片22的葉尖80定位在基本相同位置處。因而,可對本主題的轉(zhuǎn)子葉片40提供與吸力側(cè)小翼52相關(guān)聯(lián)的許多性能優(yōu)點(diǎn),而不增加轉(zhuǎn)子葉片 (一個或多個)40在風(fēng)力渦輪機(jī)10的運(yùn)行期間會撞擊塔架12的可能性。仍然參照圖2,在一個實(shí)施例中,成角度部分56可設(shè)置在限定在轉(zhuǎn)子葉片40中的第一彎曲部58和第二彎曲部60之間。大體上,轉(zhuǎn)子葉片40的第一彎曲部58可構(gòu)造成使得成角度部分56在朝葉片40的壓力側(cè)46的方向(即,沿遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機(jī)10的塔架12的方向)上向外延伸。因而,如圖2中所示,成角度部分56可在第一彎曲部58和第二彎曲部60 之間持續(xù)地遠(yuǎn)離塔架12而延伸。但是應(yīng)當(dāng)理解,在備選實(shí)施例中,成角度部分56無需持續(xù)地遠(yuǎn)離塔架12而延伸,而是相反,成角度部分56可包括平行于塔架12或甚至朝向塔架12 而延伸的一個或多個段。另外,在示出的實(shí)施例中,顯示了轉(zhuǎn)子葉片40的成角度部分56沿著其長度是基本彎曲的。但是在一個備選實(shí)施例中,應(yīng)當(dāng)理解,成角度部分56可在第一彎曲部58和第二彎曲部60之間沿直線延伸。應(yīng)當(dāng)理解,如本文中所用,用語“彎曲部”和“彎曲”可包括如通過圖3和4的第一彎曲部58和第二彎曲部60來顯示的彎曲的彎曲部(例如,特征在于平滑的邊緣或提供了平滑的過渡點(diǎn)的彎曲部)和有角的彎曲部(例如,特征在于在一點(diǎn)處會合的邊緣或提供了尖銳的過渡點(diǎn)的彎曲部)兩者。限定在轉(zhuǎn)子葉片40中的第二彎曲部60大體可構(gòu)造成使得吸力側(cè)小翼52在朝葉片40的吸力側(cè)48的方向(即,沿朝向塔架12的方向)上向內(nèi)延伸。因而,在一個實(shí)施例中,第二彎曲部60大體可在成角度部分56和吸力側(cè)小翼52之間限定接合部,而吸力側(cè)小翼52從第二彎曲部60延伸到轉(zhuǎn)子葉片40的葉尖42。另外,當(dāng)在成角度部分56和小翼52 之間的過渡部是彎曲的時,例如當(dāng)?shù)诙澢?0構(gòu)造成彎曲的彎曲部時,吸力側(cè)小翼52大體可包括鉤狀小翼,并且因而在成角度部分56和小翼52的接合部處限定半徑(未示出)?,F(xiàn)在參照圖3,示出了在圖2中描繪的轉(zhuǎn)子葉片40的放大局部視圖。如所顯示的那樣,成角度部分56在限定在轉(zhuǎn)子葉片40中的第一彎曲部58和第二彎曲部60之間延伸。 另外,吸力側(cè)小翼52可在第二彎曲部60和轉(zhuǎn)子葉片40的葉尖42之間延伸。大體上應(yīng)當(dāng)理解,轉(zhuǎn)子葉片40可彎曲成或以別的方式形成為具有構(gòu)造成以便在葉尖42和風(fēng)力渦輪機(jī) 10的塔架12之間保持期望的塔架間隙的任何形狀或輪廓。例如,如圖3中所示,轉(zhuǎn)子葉片 40可在第一彎曲部58和葉尖42之間具有基本彎曲的輪廓,使得彎曲的或平滑的邊緣/過渡部限定在彎曲部58、60中的各個處。備選地,轉(zhuǎn)子葉片40可在第一彎曲部58和葉尖42 之間具有基本直線的輪廓,而彎曲部58、60限定尖銳的或非彎曲的邊緣。在本主題的一個特定實(shí)施例中,轉(zhuǎn)子葉片40的在第一彎曲部58和葉尖42之間的輪廓或形狀可構(gòu)造成三次貝塞爾曲線。例如,如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員一般理解的那樣,可在具有坐SE1U1, yi)禾口 E2U2,I2)的兩個端點(diǎn)㈤和。之間構(gòu)建三次貝塞爾曲線,其中,曲線的形狀由兩個控制點(diǎn)抝和(2)控制,這兩個控制點(diǎn)與端點(diǎn)設(shè)置在同一平面上,并且具有坐標(biāo)C1 (X3,y3) ^P C2 (x4, y4)。因而,作為實(shí)例,可使用以下等式來對圖3中示出的轉(zhuǎn)子葉片40的在第一彎曲部58的位置(例如E1)和葉尖42(例如E2)之間的坐標(biāo)(X(t), Y(t))建模其中,t是必須在0和1之間取值的自變量。但是應(yīng)當(dāng)理解,轉(zhuǎn)子葉片40無需構(gòu)造成三次貝塞爾曲線,并且因而大體可構(gòu)造成與本領(lǐng)域已知的各種其它適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型相一致。仍然參照圖3,成角度部分56的彎曲角62可相對于葉片40的縱向方向(S卩,相對于塔架12(圖幻的中心線38)而限定在第一彎曲部58和第二彎曲部60之間。大體上,彎曲角62可選擇成使得成角度部分56充分地遠(yuǎn)離塔架12而延伸,從而允許在塔架12和轉(zhuǎn)子葉片40的葉尖42之間保持適當(dāng)?shù)拈g隙。例如,在一個實(shí)施例中,彎曲角62的范圍可為約0度至約60度,例如約10度至約45度或約25度至約35度,以及它們之間的所有其它子范圍。但是應(yīng)當(dāng)理解,彎曲角62大體可針對各個轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)造而有所不同,這取決于許多因素,包括但不限于小翼高度64和沿著葉片長度50(圖幻的這樣的位置第一彎曲部58 在轉(zhuǎn)子葉片40中限定在該位置處。例如,當(dāng)小翼52的高度64增加時,彎曲角62可能必須增大,以確保在葉尖42和塔架12之間保持適當(dāng)?shù)拈g隙。類似地,當(dāng)?shù)谝粡澢?8限定在轉(zhuǎn)子葉片40中所處的位置進(jìn)一步朝向葉尖42移動時,可能需要增大彎曲角62,以適應(yīng)向內(nèi)延伸的吸力側(cè)小翼52。仍然參照圖3,小翼高度64大體可限定在第二彎曲部60的最外面的點(diǎn)(例如,在葉片40上的距塔架12最遠(yuǎn)的點(diǎn))和葉片40的葉尖42之間。應(yīng)當(dāng)理解,類似于彎曲角62, 吸力側(cè)小翼52的期望高度64大體可有所不同,這取決于若干個因素,包括但不限于轉(zhuǎn)子葉片40的葉片長度50(圖2)、轉(zhuǎn)子葉片40的撓度/剛度、風(fēng)力渦輪機(jī)10的整體構(gòu)造和為風(fēng)力渦輪機(jī)10選擇的特定的塔架間隙閾值M。另外,小翼高度64還可取決于彎曲角62和限定第一彎曲部58所處的沿著葉片長度50(圖幻的位置而有所不同。具體而言,當(dāng)彎曲角 62增大或限定第一彎曲部所處的沿著葉片長度50的位置朝向葉根部分M向上移動時,小翼高度64可增加。但是,在一個實(shí)施例中,小翼高度64可小于等于轉(zhuǎn)子葉片40的總長度 50(圖2)的約20%,例如約5%至約20%或約10%至約15%,以及它們之間的所有子范圍。另外,在圖2和3中示出的實(shí)施例中,大體顯示了轉(zhuǎn)子葉片40的葉尖42與葉片40 的葉根部分M設(shè)置在距塔架12大致相同的距離處。但是應(yīng)當(dāng)理解,在本主題的各種其它實(shí)施例中,葉尖42可設(shè)置成更遠(yuǎn)離或更靠近塔架12。例如,在一個實(shí)施例中,吸力側(cè)小翼 52可具有增加的小翼高度64,且/或可減小彎曲角62,使得在葉尖42和塔架12之間的間隙小于在葉根部分M和塔架12之間的間隙。備選地,小翼52可具有減小的高度64,且/ 或可增大在第一彎曲部58和第二彎曲部60之間的彎曲角62。因而,可相對于在葉根部分 24和塔架12之間的間隙來增大在葉尖42和塔架12之間的間隙?,F(xiàn)在參照圖4,示出了根據(jù)本主題的各方面的轉(zhuǎn)子葉片40的另一個實(shí)施例。如所顯示的那樣,轉(zhuǎn)子葉片40包括葉根部分24、葉尖42和在葉根部分M和葉尖42之間延伸的主體44。另外,轉(zhuǎn)子葉片40包括限定在第一彎曲部58和第二彎曲部60之間的成角度部分 56。另外,吸力側(cè)小翼52被轉(zhuǎn)子葉片40限定在第二彎曲部60和葉尖42之間。但是,不像在圖2和3中示出的實(shí)施例,第一彎曲部58在轉(zhuǎn)子葉片40中沿著葉片40的長度50限定在向下更遠(yuǎn)處。具體而言,在圖2和3中描繪的轉(zhuǎn)子葉片40的第一彎曲部58大體上限定在葉片30的總長度50的約60%處。相反,在圖4中示出的實(shí)施例中,第一彎曲部58限定在轉(zhuǎn)子葉片40的總長度50的約85%處。因而,如所顯示的那樣,主體44的較大部分基本垂直于旋轉(zhuǎn)軸線30而延伸。另外,在這種實(shí)施例中,在第一彎曲部58和第二彎曲部60之間的彎曲角62(圖3)必須相對更尖銳/更大,以適應(yīng)與圖2和3的實(shí)施例相同高度64的吸力側(cè)小翼52,以及在風(fēng)力渦輪機(jī)10的運(yùn)行期間使轉(zhuǎn)子葉片40仍然保持在最小塔架間隙閾值M處或超出最小塔架間隙閾值M。但是應(yīng)當(dāng)理解,轉(zhuǎn)子葉片40的第一彎曲部58大體可限定在沿著轉(zhuǎn)子葉片40的長度50的任何適當(dāng)?shù)奈恢锰?,并且因而無需限定在上面所述的葉片長度處。因而,在一個實(shí)施例中,第一彎曲部58可在轉(zhuǎn)子葉片40中限定在該轉(zhuǎn)子葉片40的總長度50的0%和約95%之間,例如約0%至約50%或約30%至約70%或約60%至約95%,以及它們之間的所有其它子范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,第一彎曲部58限定在0%葉片長度處,是指第一彎曲部58可限定在葉根部分M和轂20之間的接合部處,使得成角度部分58大體從這種接合部延伸。現(xiàn)在參照圖5,示出了如本文中描述的那樣構(gòu)造的轉(zhuǎn)子葉片40的一個實(shí)施例處于非偏轉(zhuǎn)/未加載位置和偏轉(zhuǎn)/加載位置66。還示出了傳統(tǒng)的直轉(zhuǎn)子葉片22處于非偏轉(zhuǎn)/ 未加載位置和偏轉(zhuǎn)/加載位置82,以用于比較目的。轉(zhuǎn)子葉片40大體上包括限定在第一彎曲部58和第二彎曲部60之間的成角度部分56。另外,吸力側(cè)小翼52在轉(zhuǎn)子葉片40中限定在第二彎曲部60和葉尖42之間。應(yīng)當(dāng)理解,在圖5中顯示了機(jī)艙16具有經(jīng)調(diào)節(jié)的傾角68。如一般理解的那樣,機(jī)艙16的傾角68可在風(fēng)力渦輪機(jī)10的運(yùn)行期間改變,以使轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)離塔架12。傾角68大體可定義為旋轉(zhuǎn)軸線30與塔架的中心線38的垂直性的度量。仍然參照圖5,由于轉(zhuǎn)子葉片40的構(gòu)造的原因,葉片40大體可類似于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片22那樣相對于塔架12而定位。因而,應(yīng)當(dāng)理解,本主題的轉(zhuǎn)子葉片40提供了對吸力側(cè)小翼52的包括,而不減少在轉(zhuǎn)子葉片40和塔架12之間的距離。具體而言,在一個實(shí)施例中,轉(zhuǎn)子葉片40的彎曲部58、60可構(gòu)造成使得葉片40的葉尖42在風(fēng)力渦輪機(jī)10的運(yùn)行期間與傳統(tǒng)的葉片22的葉尖80設(shè)置在基本相同的位置處。因而,當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片40沿風(fēng)向 28偏轉(zhuǎn)到其偏轉(zhuǎn)/加載位置66時,轉(zhuǎn)子葉片的葉尖42可與處于其偏轉(zhuǎn)/加載位置82處的傳統(tǒng)的葉片22保持在相同塔架間隙閾值M處或超出該塔架間隙閾值M。但是應(yīng)當(dāng)理解, 本主題的轉(zhuǎn)子葉片40無需構(gòu)造成使得葉尖42與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片22的葉尖80定位在基本相同的位置處。相反,轉(zhuǎn)子葉片40大體可具有使得葉尖42能夠在風(fēng)力渦輪機(jī)10的運(yùn)行期間保持在塔架間隙閾值M處的任何構(gòu)造,以便將塔架撞擊的可能性減到最低。此外,應(yīng)當(dāng)理解,彎曲部58、60可構(gòu)造成以便處理在本主題的轉(zhuǎn)子葉片40由于風(fēng)況的原因而展現(xiàn)的偏轉(zhuǎn)的幅度和傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片22所展現(xiàn)的典型的偏轉(zhuǎn)之間的任何差異。例如,如果本主題的轉(zhuǎn)子葉片40的硬度更高,并且因而與傳統(tǒng)的葉片22相比展現(xiàn)更少的偏轉(zhuǎn),則可減少轉(zhuǎn)子葉片40需要遠(yuǎn)離塔架12而彎曲的距離。備選地,如果本主題的轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)造成使得與傳統(tǒng)的葉片22的相比,該轉(zhuǎn)子葉片由于風(fēng)況的原因朝向塔架12偏轉(zhuǎn)得更遠(yuǎn),則彎曲部58、60可設(shè)計(jì)成以便處理這樣的另外的偏轉(zhuǎn)。另外,應(yīng)當(dāng)理解,可通過本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)氖侄蝸碇圃毂局黝}的轉(zhuǎn)子葉片 40。在一個實(shí)施例中,整個轉(zhuǎn)子葉片40可模制成或以別的方式形成為單個部件。備選地, 轉(zhuǎn)子葉片40可形成為段。因而,在一個實(shí)施例中,吸力側(cè)小翼52可形成為單獨(dú)的構(gòu)件,并然后通過任何適當(dāng)?shù)氖侄蝸砉潭ǖ睫D(zhuǎn)子葉片40的主體44上。在另一個實(shí)施例中,成角度部分56和吸力側(cè)小翼52可各自模制成單獨(dú)的段,并且然后與任何其它的段結(jié)合而形成轉(zhuǎn)子葉片40。在甚至另一個實(shí)施例中,成角度部分56和吸力側(cè)小翼52可模制成或以別的方式形成為一個單個的段,并且此后與主體44的其余部分結(jié)合而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子葉片40。
此書面描述使用了實(shí)例來公開本發(fā)明,包括最佳模式,并且還使得本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明,包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng),以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求限定,并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。 如果這樣的其它實(shí)例包括不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)元素,或如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素,則這樣的其它實(shí)例意圖處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的轉(zhuǎn)子葉片(40),所述轉(zhuǎn)子葉片00)包括葉根部分(24);葉尖(42);以及,在所述葉根部分04)和所述葉尖0 之間延伸的主體(44),所述主體04)包括壓力側(cè)(46)和吸力側(cè)(48),所述主體(44)限定了在所述葉尖(42)處終止的吸力側(cè)小翼(52), 所述吸力側(cè)小翼(52)在朝所述吸力側(cè)08)的方向上向內(nèi)延伸,其中,彎曲部(58)限定在所述主體04)中,使得所述主體G4)的一部分在朝所述壓力側(cè)(46)的方向上向外延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(40),其特征在于,所述主體04)限定第一彎曲部 (58)和第二彎曲部(60)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子葉片(40),其特征在于,所述主體04)的所述部分在所述第一彎曲部(58)和所述第二彎曲部(60)之間在朝所述壓力側(cè)G6)的方向上向外延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子葉片(40),其特征在于,所述吸力側(cè)小翼(52)限定在所述第二彎曲部(60)和所述葉尖02)之間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片(40),其特征在于,所述彎曲部 (58)限定小于約60度的彎曲角(62)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片(40),其特征在于,所述彎曲部 (58)在所述主體(44)中限定在所述轉(zhuǎn)子葉片(40)的總長度(50)的0%和約95%之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子葉片(40),其特征在于,所述彎曲部(58)在所述主體 (44)中限定在所述轉(zhuǎn)子葉片(40)的總長度(50)的約0%和約60%之間。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片(40),其特征在于,所述吸力側(cè)小翼 (52)具有小于等于所述轉(zhuǎn)子葉片(40)的總長度(50)的約20%的高度(64)。
9.一種風(fēng)力渦輪機(jī)(10),包括塔架(12);安裝在所述塔架(12)的頂上的機(jī)艙(16);聯(lián)接到所述機(jī)艙(16)上的轉(zhuǎn)子(18),所述轉(zhuǎn)子(18)包括轂O0);以及,從所述轂O0)延伸的至少一個轉(zhuǎn)子葉片(40),所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片00)限定了在朝所述塔架(12)的方向上向內(nèi)延伸的吸力側(cè)小翼(52),其中,彎曲部(58)限定在所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片GO)中,使得所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片 (40)的一部分沿遠(yuǎn)離所述塔架(12)的方向向外延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10),其特征在于,所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片 (40)構(gòu)造成在所述風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的運(yùn)行期間使所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片GO)的葉尖 (42)保持在塔架間隙閾值(54)處或超出所述塔架間隙閾值(54)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10),其特征在于,所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片GO)限定第一彎曲部(58)和第二彎曲部(60),所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片00)的所述部分在所述第一彎曲部(58)和所述第二彎曲部(60)之間沿遠(yuǎn)離所述塔架(1 的方向向外延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10),其特征在于,所述吸力側(cè)小翼(52)限定在所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片GO)的所述第二彎曲部(60)和葉尖0 之間。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10),其特征在于,所述彎曲部 (58)限定小于約60度的彎曲角(62)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10),其特征在于,所述彎曲部 (58)在所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片GO)中限定在所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片GO)的總長度(50) 的0%和約95%之間。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)(10),其特征在于,所述吸力側(cè)小翼(52)具有小于等于所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片GO)的總長度(50)的約20%的高度(64)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有吸力側(cè)小翼的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。公開了用于風(fēng)力渦輪機(jī)(10)的轉(zhuǎn)子葉片(40)。轉(zhuǎn)子葉片(40)可包括葉根部分(24)、葉尖(42)和在葉根部分(24)和葉尖(42)之間延伸的主體(44)。主體(44)可包括壓力側(cè)(46)和吸力側(cè)(48)。另外,小翼(52)可由主體(44)限定。小翼(52)可在轉(zhuǎn)子葉片(40)的葉尖(42)處終止,并且在朝主體(44)的吸力側(cè)(28)的方向上向內(nèi)延伸。另外,彎曲部(58)可限定在主體(44)中,使得主體(44)的一部分在朝主體(44)的壓力側(cè)(46)的方向上向外延伸。
文檔編號F03D1/06GK102338028SQ201110197718
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者M. D. 弗雷爾 A., U. 克格勒 K., 維杜拉 R. 申請人:通用電氣公司